寬帶參量陣波束合成系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、寬帶參量陣波束合成系統(tǒng)是參量陣技術(shù)、相控陣技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。聲學(xué)參量陣作為近年來聲學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，是該領(lǐng)域一項(xiàng)重要的技術(shù)，作者所在團(tuán)隊(duì)所研制的聲頻定向系統(tǒng)是第一種可產(chǎn)生高指向性可聽聲的新概念聲源；而相控陣技術(shù)已有二十年發(fā)展歷史，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，能有效提高系統(tǒng)的工作效率，減少能量損失。
　　本文研究了基于聲參量陣的低頻聲波定向原理，通過對聲波定向系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)展使得系統(tǒng)在空氣中，不僅能產(chǎn)生高指向性聲束，同時能夠通過電子偏轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)指向

2、方位控制。根據(jù)參量聲學(xué)發(fā)射陣的基本原理，闡明了波束合成系統(tǒng)輸入信號的基本原理，并對Westervelt方程、Berktay遠(yuǎn)場解以及KZK方程進(jìn)行了簡要的說明。通過對換能器指向性的研究發(fā)現(xiàn)對換能器進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐帕薪M合所組成的換能器陣列可產(chǎn)生三維高指向性聲束。通過相控陣波束形成理論闡明了相控陣技術(shù)在波束控制中的重要作用。本文設(shè)計了以線列陣為單位的圓柱型換能器陣列，該陣列以切割后的壓電換能器Tonpilz為基本單元拼接而成。根據(jù)換能器陣列形式

3、，通過對自解調(diào)理論模型的研究，提出了適合于本系統(tǒng)的相位控制算法。通過對系統(tǒng)性能的分析，本文提出通過兩種延時控制方式相結(jié)合提高系統(tǒng)延時精度的方法。同時設(shè)計并制作了基于FPGA的波束合成系統(tǒng)信號處理平臺，通過對輸入信號的研究，提出了合理的接口方案及波形存儲方案。同時在平臺上實(shí)現(xiàn)了聲束偏轉(zhuǎn)算法，以及各個通道的發(fā)射時間控制。采用ISE中功能仿真、時序仿真以及在線邏輯仿真相結(jié)合的手段驗(yàn)證了系統(tǒng)各個模塊的功能。
　　應(yīng)用以上理論和研究成果，成